災害天氣下高速公路車路協同應用場景研究

張忠民 李廣 閆滿囤 李忠輝 羅曉瑤

摘 要 當前我國已進入高速公路智能化、信息化建設與發展黃金時期，國務院在2017年2月3日發布了《“十三五”現代綜合交通運輸體系發展規劃》（簡稱《規劃》）[1]，提出了構建現代綜合交通運輸體系的目標，《規劃》將推廣智能技術在交通行業的應用作為一項重點的工作內容，要求交通基礎設施和運載設備要全面實行數字化，提出建設“新一代國家交通控制網示范工程”，在營運車輛智能協同、公交智能控制和安全輔助駕駛等領域開展示范工程，應用高精度定位、先進傳感、移動互聯和智能控制技術，提升交通智慧調度、運營管理、安全應急和車路協同的智能化水平。

關鍵詞 災害天氣;高速公路;車路協同;應用場景

引言

智能車路協同系統即IVICS（Intelligent Vehicle Infrastructure Cooperative Systems），簡稱車路協同系統，是智能交通系統（ITS）的最新發展方向。車路協同是采用先進的無線通信和新一代互聯網等技術，全方位實施車車、車路動態實時信息交互，并在全時空動態交通信息采集與融合的基礎上開展車輛主動安全控制和道路協同管理，充分實現人車路的有效協同，保證交通安全，提高通行效率，從而形成的安全、高效和環保的道路交通系統。

1車路協同應用場景定義

車路協同是基于無線通信、傳感探測等技術進行車路信息獲取，通過車車、車路信息交互和共享，實現車輛和基礎設施之間、車輛與車輛之間的智能協同與配合，達到優化利用系統資源、提高道路交通安全、緩解交通擁堵的目標。目前，主要的車路協同應用場景包括安全類、效率類和信息服務類，并將逐步向支持實現自動駕駛的協同服務類應用演進。

2災害天氣下高速公路車路協同應用場景

（1）雨天高速公路安全行車條件。雨天高速公路行車環境較霧天復雜，大雨、暴雨會造成駕駛員視線不清，安全行駛條件與霧天環境類似。雨天對高速公路行車的影響主要有：輪胎與路面摩擦因數、水膜厚度等，可借助車輛滑水臨界速度模型構建雨天高速公路行車安全保障條件。

（2）冰雪環境高速公路安全行車條件。冰雪環境下輪胎與冰雪直接接觸替代了輪胎與地面間的接觸，道路的附著系數也相應發生變化。由于冰雪凝結狀態多樣，其路面類型不同，附著系數有較大差異。冰雪路面可分為松雪、雪漿、冰膜、冰板、雪板、冰雪板路面六類。冰雪環境對高速公路車輛行駛影響因素更為復雜，主要包括：路面附著系數，降雪和吹雪造成的低能見度以及大風對行駛車輛的干擾（離心力）等。

（3）大風環境高速公路安全行車條件。大風環境下汽車運行的風險因素包括：道路線形、路面狀況、汽車制動性能、車速、車型、質心高度、風速風向等多個方面。大風對行駛車輛的影響主要表現在增大載重汽車的橫向力從而影響車輛橫向穩定性。橫風在高速公路的隧道或者橋梁風口或是寬闊的地段相對常見，橫風造成車輛的側傾、側滑、側偏情況較為普遍。

3智慧公路車路協同典型應用

（1）智慧提醒應用。智慧提醒應用是指通過車路協同技術和電子指示牌、警示燈或廣播等聲光提醒方式將已知或系統采集的信息告知車輛駕乘人員，提醒駕乘人員注意道路和交通狀況[2]。主要包括但不限于隧道、橋梁、連續彎道、急彎、事故易發路段、濕滑路段、長下坡路段、服務區、互通立交橋等特殊路段提醒，道路施工提醒，救護車、消防車等特殊車輛提醒，道路危險狀況提醒等。

（2）智慧監測應用。智慧監測應用是指智能路側基站系統掛載的各種感知模塊或設備，如攝像頭、交通氣象檢測器、毫米波雷達等獲取的車輛、交通、道路、環境等各種數據，通過現場或后臺數據分析模塊對數據進行實時處理分析，若發現異常，則觸發異常狀態流程，啟動現場或遠程的設備設施對異常狀態進行持續跟蹤與處理。智慧監測應用包括但不限于天氣（雨、雪、霧、橫風、團霧等）、環境（結冰道路、積水道路、濕滑道路等）監測，道路沉降、塌方、落石監測，交通事故、交通擁堵監測，隧道內亮度、隧道內車輛平均速度監測，應急車道監測，貨車占用快車道監測，超速監測等。

（3）智慧檢測應用。隨著ETC的推廣，無人監管收費站存在非機動車進入高速公路的可能。高速公路上的動物、行人、非機動車等將給高速公路通行帶來極大的威脅[3]。基于圖像處理技術實現動物、行人、非機動車識別，通過車路協同管理平臺統一協調，利用車路協同技術或電子指示牌等將異常情況提前告知給相應車輛駕乘人員，可避免惡性事故的發生。同時對環衛工人或施工人員進行保護。

（4）車輛輔助安全駕駛應用。在智慧高速上，通過V2V即時車車通信應用達到輔助行車安全的目的，主要包括前向碰撞預警、緊急制動預警、變道輔助、異常/失控車輛預警、交叉路口（匯入/分流）碰撞預警等基本應用。

（5）高級駕駛應用。車路協同技術的發展可在基礎設施的路端為未來自動駕駛打下基礎。未來可實現自動駕駛車輛的遠程軟件升級、遠程車輛健康狀態檢測、實時感知周圍環境和高精地圖應用、高精度傳感器共享、車速協同及See-Through（透視）等相關應用。

4結束語

本文對霧、雨、風、雪等災害天氣下高速公路行車安全條件進行分析，根據車輛自身和道路環境等特征參數對車速、車間距進行精準控制，可有效保障行車安全和運輸效率。搭建災害天氣下高速公路車路協同系統，最終實現災害天氣下高速公路信息服務、行車誘導和交通管理功能。

參考文獻

[1] 國務院.國務院關于印發《“十三五”現代綜合交通運輸體系發展規劃》的通知（國發〔2017〕11號）[Z].北京：國務院，2017.

[2] 工業和信息化部.工業和信息化部關于印發《車聯網（智能網聯汽車）直連通信使用5905-5925MHz頻段管理規定（暫行）》的通知（工信部〔2018〕203號）[Z].北京：工業和信息化部，2018.

[3] 交通運輸部辦公廳.交通運輸部辦公廳關于印發《推進智慧交通發展行動計劃（2017—2020年）》的通知（交辦規劃〔2017〕11號）[Z].北京：交通運輸部辦公廳，2017.

作者簡介

張忠民（1970-），男 ，河北無極人;學歷：碩士，職稱：正高級工程師，現就職單位：河北交通投資集團，研究方向：道路工程設計與公路網規劃。